ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΓΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ & ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΓΟΡΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ & ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διδακτορική Διατριβή του Ευάγγελου Γ. Καρδάκου Επιβλέπων Καθηγητής: Αναστάσιος Γ. Μπακιρτζής Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2016

ii Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή

Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή iii Αφιερώνεται με αγάπη στην Κική και στους γονείς μου

iv Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή

Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή v ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ολοκληρώνοντας την παρούσα διδακτορική διατριβή, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά όλους όσους στάθηκαν δίπλα μου σε αυτήν την δύσκολη αλλά ιδιαίτερα όμορφη διαδρομή και συνέβαλαν με τον τρόπο τους στην επιτυχή περάτωσή της. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω από καρδιάς τον επιβλέποντα μου, Καθηγητή Αναστάσιο Μπακιρτζή. Ήταν ιδιαίτερη τιμή για εμένα να συνεργαστώ με έναν άνθρωπο με βαθύ επιστημονικό υπόβαθρο, αστείρευτη όρεξη για επιστημονικές αναζητήσεις και ιδιαίτερη προθυμία να συζητήσει τους ευρύτερους προβληματισμούς μου. Κυρίως όμως τον ευχαριστώ για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε αναθέτοντας μου την εκπόνηση της παρούσας διατριβής όσο και για την αμέριστη συμπαράσταση του όλα αυτά τα χρόνια, όπου με την καθοδήγηση και τις πολύτιμες συμβουλές του συνέβαλλε καθοριστικά στη διεκπεραίωση της παρούσας διατριβής. Θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες και στα άλλα δύο μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής, στον Καθηγητή Γρηγόριο Παπαγιάννη και στον Επίκουρο Καθηγητή Παντελή Μπίσκα, για την αμέριστη συμπαράσταση, την ορθή καθοδήγηση και την πάντοτε ευχάριστη διάθεση τους. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους Καθηγητές Παντελή Μικρόπουλο και Δημήτριο Λαμπρίδη, τον Επίκουρο Καθηγητή Γεώργιο Ανδρέου και τον Λέκτορα Μηνά Αλεξιάδη για την άψογη συνεργασία τους και την ηθική τους συμπαράσταση όλα αυτά τα χρόνια. Τις θερμές ευχαριστίες μου θα ήθελα να εκφράσω προς το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών του οποίου υπήρξα υπότροφος, για την πολύχρονη οικονομική υποστήριξη κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διατριβής. Επίσης, ευχαριστώ ιδιαίτερα το Δρ. Χρήστο Σίμογλου για την πολύτιμη βοήθεια του και την άψογη συνεργασία μας στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Ήμουν ιδιαίτερα τυχερός που βρέθηκα στον ίδιο χώρο εργασίας με έναν νέο επιστήμονα με βαθιές γνώσεις στα θέματα των σύγχρονων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Θερμές ευχαριστίες αρμόζουν επίσης προς τους φίλους και συναδέλφους του Τομέα Ηλεκτρικής Ενέργειας του ΤΗΜΜΥ και κυρίως στα μέλη του Εργαστηρίου Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας. Ευχαριστώ ιδιαίτερα τον Δρ. Δημήτρη Χατζηγιάννη για τη συμπαράσταση του και την ευχάριστη παρέα του καθ όλη τη διάρκεια της διατριβής μου, και τους υποψήφιους διδάκτορες Στέλιο Βαγρόπουλο, Μανώλη Μπακιρτζή, Ανδρέα Ντόμαρη, Ηλία Μαρνέρη, Γρηγόρη Δουρμπόη, Νίκο Κανελλάκη με τους οποίους μοιραστήκαμε το ίδιο γραφείο στο μεγαλύτερο τμήμα εκπόνησης των διδακτορικών διατριβών μας και οι οποίοι με την παρέα τους κατόρθωσαν να κάνουν την περίοδο αυτή μία από τις ομορφότερες της ζωής μου.

vi Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή Επίσης, ευχαριστώ θερμά όλους τους φίλους και φίλες μου που στάθηκαν δίπλα μου κατανοώντας τον περιορισμένο ελεύθερο χρόνο μου, και με στήριξαν ιδιαίτερα στις δύσκολες στιγμές που παρουσιάζονταν κατά τη διάρκεια αυτής της πορείας. Οι ευχαριστίες προς την οικογένεια γράφονται πάντα τελευταίες, έχουν όμως δικαιωματικά τη μεγαλύτερη σημασία. Έτσι, θα ήθελα να εκφράσω την βαθιά μου ευγνωμοσύνη στους γονείς μου, Γεώργιο και Γεωργία, καθώς και στην αδερφή μου Γιάννα και στον γαμπρό μου Νίκο. Τους οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ καθώς η εκπόνηση και η ολοκλήρωση της διδακτορικής αυτής διατριβής δε θα ήταν δυνατή χωρίς την αγάπη και την ατελείωτη συμπαράσταση τους. Καταλήγοντας θα ήθελα να ευχαριστήσω την σύντροφο της ζωής μου Κική Σέρτη που ήταν συνοδοιπόρος μου σε όλη αυτή τη δύσκολη πορεία του διδακτορικού και επέδειξε αστείρευτη υπομονή και αγάπη καθ όλη τη διάρκεια του. Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2016

Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή vii ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Κεφάλαιο 1... 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 1.1. Η Ηλεκτρική Ενέργεια και τα Ιδιαίτερα Χαρακτηριστικά της... 1 1.2. Ιστορική Αναδρομή των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας... 2 1.2.1. Τα Πρώτα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας... 3 1.2.2. Η Μονοπωλιακή Οργάνωση των Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας... 3 1.2.3. Η Μετάβαση από τις Μονοπωλιακές στις Ανταγωνιστικές Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας... 5 1.3. Βραχυχρόνια και Μακροχρόνια Οργάνωση των Ανταγωνιστικών Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας... 7 1.3.1. H Μέσο-μακροπρόθεσμη Προθεσμιακή Αγορά (Forward market) και η Αγορά Συμβολαίων Μελλοντικής Εκπλήρωσης (Future market)... 7 1.3.2. H Προ-ημερήσια Αγορά (Day-ahead market)... 7 1.3.3. Η Ενδο-ημερήσια Αγορά ( Intraday or Adjustment Market)... 10 1.3.4. Η Αγορά Εξισορρόπησης ή Πραγματικού Χρόνου (Balancing ή Real-time Market)... 10 1.3.5. Η Αγορά Επικουρικών Υπηρεσιών και Ρύθμισης (Ancillary Services and Regulation market)... 10 1.3.6. Οι Συμμετέχοντες της Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας... 11 1.4. Το Πρόβλημα του Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας σε μια Ανταγωνιστική Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας... 12 1.4.1. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση των Μοντέλων Στρατηγικής Προσφορών ενός Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας... 13 1.4.1.1. Μοντέλα Ισορροπίας Αγοράς (Market Equilibrium Models)... 15 1.4.1.1.1. Μοντέλα Βασισμένα στη Θεωρία Παιγνίων (Game Theory Models)... 16 1.4.1.1.2. Μοντέλα Προσομοίωσης (Simulation Models)... 21 1.4.1.2. Μοντέλα Βελτιστοποίησης της Συμπεριφοράς ενός Παίκτη (One Firm s Optimization Models)... 25 1.4.1.2.1. Μοντέλα Βελτιστοποίησης της Συμπεριφοράς ενός Παραγωγού που Ενεργεί ως Δέκτης Τιμής (Price-Taker Optimization Models)... 25 1.4.1.2.2. Μοντέλα Βελτιστοποίησης της Συμπεριφοράς ενός Παραγωγού που Ενεργεί ως Διαμορφωτής Τιμής (Price-Maker Optimization Models)... 30 1.4.2. Η Μοντελοποίηση των Περιορισμών του Δικτύου Μεταφοράς στο Πρόβλημα του Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας... 34 1.4.3. Το Πρόβλημα του Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας με Μονάδες ΑΠΕ Οργανωμένες ως Εικονικός Σταθμός Παραγωγής... 36

viii Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή 1.5. Επισκόπηση της Διατριβής... 39 1.5.1. Βέλτιστη Στρατηγική Προσφορών Παραγωγού σε Βραχυχρόνιες Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας με Περιορισμούς Δικτύου Μεταφοράς... 40 1.5.2. Βραχυχρόνια Προσομοίωση μιας Κοινοπραξίας Ισχύος με Διαδοχικές Χρονικές Περιόδους... 41 1.5.3. Βέλτιστη Στρατηγική Προσφορών Εικονικού Σταθμού Παραγωγής με Χρήση Στοχαστικού Προγραμματισμού... 43 1.5.4. Ανακεφαλαίωση και Συμπεράσματα... 44 1.5.5. Παραρτήματα και Βιβλιογραφία... 44 1.6. Συμβολή της Διατριβής... 45 Κεφάλαιο 2... 49 ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΠΡΟΣΦΟΡΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΟΥ ΣΕ ΒΡΑΧΥΧΡΟΝΙΕΣ ΑΓΟΡΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΎΣ ΔΙΚΤΎΟΥ ΜΕΤΑΦΟΡΆΣ... 49 2.1. Αιτιοκρατικό Μοντέλο... 49 2.1.1. Εισαγωγή... 49 2.1.2. Διαμόρφωση του Προβλήματος Βελτιστοποίησης του Παραγωγού... 50 2.1.2.1. Το Δι-επίπεδο Πρόβλημα Μεγιστοποίησης του Κέρδους του Παραγωγού... 50 2.1.2.2. Το Ισοδύναμο Μοντέλο ΜΠΠΙ... 55 2.1.2.3. Μετασχηματισμός του Προβλήματος ΜΠΠΙ σε Πρόβλημα ΜΑΓΠ... 56 2.1.3. Εφαρμογή και Αποτελέσματα... 59 2.1.3.1. Δεδομένα... 59 2.1.3.2. Δοκιμές Προσομοίωσης και Αποτελέσματα... 63 2.1.3.2.1. Δοκιμή 24.Α... 63 2.1.3.2.2. Δοκιμή 24.Β... 65 2.1.3.2.3. Δοκιμή 24.Γ... 66 2.1.3.2.4. Δοκιμή 118.Α... 68 2.2. Στοχαστικό Μοντέλο... 69 2.2.1. Εισαγωγή... 69 2.2.2. Διαμόρφωση του Στοχαστικού Προβλήματος Βελτιστοποίησης του Παραγωγού... 70 2.2.2.1. Η αβεβαιότητα των συνθηκών της αγοράς... 70 2.2.2.2. Το Δι-επίπεδο Στοχαστικό Πρόβλημα Μεγιστοποίησης του Κέρδους του Παραγωγού... 70 2.2.2.3. Μετασχηματισμός του Δι-επίπεδου Στοχαστικού Προβλήματος Βελτιστοποίησης σε Στοχαστικό Πρόβλημα ΜΑΓΠ... 74 2.2.3. Εφαρμογή και Αποτελέσματα... 75 2.2.3.1. Δεδομένα... 75

Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή ix 2.2.3.2. Δοκιμές Προσομοίωσης και Αποτελέσματα... 77 2.3. Συμπεράσματα... 80 Κεφάλαιο 3... 81 ΒΡΑΧΥΧΡΟΝΙΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΙΑΣ ΚΟΙΝΟΠΡΑΞΙΑΣ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕ ΔΙΑΔΟΧΙΚΕΣ ΧΡΟΝΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥΣ... 81 3.1. Εισαγωγή... 81 3.2. Διαμόρφωση του Μοντέλου Προσομοίωσης της Αγοράς... 82 3.2.1. Το Πρόβλημα Μεγιστοποίησης του Κέρδους του Παραγωγού... 82 3.2.2. Το Πρόβλημα Εκκαθάρισης της Αγοράς... 85 3.2.3. Το Μοντέλο Προσομοίωσης της Αγοράς... 86 3.2.3.1. Η Ενσωμάτωση της Ενισχυτικής Μάθησης... 87 3.2.3.2. Η Διόρθωση της Καμπύλης Υπολειπόμενης Ζήτησης... 88 3.2.3.3. Ερμηνεία του Μοντέλου Προσομοίωσης της Αγοράς... 90 3.3. Εφαρμογή και Αποτελέσματα... 92 3.3.1. Δεδομένα... 92 3.3.2. Δοκιμές Προσομοίωσης και Αποτελέσματα... 94 3.3.2.1. Βελτίωση της Καμπύλης Υπολειπόμενης Ζήτησης... 94 3.3.2.2. Προσομοίωση της Αγοράς... 96 3.4. Συμπεράσματα... 101 Κεφάλαιο 4... 103 ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΗ ΠΡΟΣΦΟΡΩΝ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ... 103 4.1. Εισαγωγή... 103 4.2. Διαμόρφωση του Στοχαστικού Μοντέλου Βελτιστοποίησης του ΕΣΠ... 104 4.2.1. Παραδοχές του Μοντέλου... 104 4.2.2. Το Στοχαστικό Δι-επίπεδο Πρόβλημα Μεγιστοποίησης του Κέρδους του ΕΣΠ... 107 4.2.3. Μετασχηματισμός του Δι-επίπεδου Στοχαστικού Μοντέλου σε ένα Στοχαστικό ΜΑΓΠ Μοντέλο... 115 4.3. Εφαρμογή και Αποτελέσματα... 116 4.3.1. Δεδομένα... 116 4.3.1.1. Μεθοδολογία Δημιουργίας και Μείωσης Πλήθους Σεναρίων...116 4.3.2. Δοκιμές Προσομοίωσης και Αποτελέσματα... 120 4.3.2.1. Στρατηγική έναντι Μη-Στρατηγικής Λειτουργίας...126 4.3.2.2. Ανάλυση Ευαισθησίας...128 4.3.2.2.1. Τιμές της Αγοράς Εξισορρόπησης... 128 4.3.2.2.2. Παράμετροι του Προγράμματος Απόκρισης Ζήτησης... 129 4.3.2.2.3. Ανάλυση Ρίσκου του ΕΣΠ... 130

x Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή 4.4. Συμπεράσματα... 131 Κεφάλαιο 5... 133 ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΣΥΜΒΟΛΗ... 133 5.1. Ανασκόπηση Διατριβής Συμπεράσματα - Συμβολή... 133 5.2. Κατευθύνσεις για Περαιτέρω Έρευνα... 137 Παράρτημα Α... 139 ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΩΝ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΩΝ ΤΩΝ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ 139 Α.1. Μοντελοποίηση των Λειτουργικών Περιορισμών των Θερμικών Μονάδων... 139 Παράρτημα B... 143 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΗΣ ΙΕΕΕ 24 ΚΟΜΒΩΝ ΚΑΙ 118 ΚΟΜΒΩΝ... 143 Β.1. Δεδομένα των Συστημάτων της ΙΕΕΕ 24 Κόμβων και 118 Κόμβων... 143 Παράρτημα Γ... 151 ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ - ΣΥΝΤΜΗΣΕΙΣ - ΛΕΞΙΚΟ ΟΡΩΝ... 151 Βιβλιογραφία... 163

Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή xi ΛΙΣΤΑ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1-1. Μοντέλα Οργάνωσης της Προ-ημερήσιας Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας... 8 Σχήμα 1-2. Βασικές Κατηγορίες των Μοντέλων Στρατηγικής Προσφορών ενός Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας.... 14 Σχήμα 1-3. Μαθηματική Μοντελοποίηση των Δύο βασικών Κατηγοριών Μοντέλων Στρατηγικής Προσφορών ενός Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας [12].... 15 Σχήμα 2-1. SMP / LMP στο Βασικό Μοντέλο και στο Απλοποιημένο Μοντέλο PTDF... 68 (Δοκιμή 24.Γ)... 68 Σχήμα 2-2. Βέλτιστη Καμπύλη Προσφοράς για τη Μονάδα TU76 την Ώρα 24:00.... 79 Σχήμα 2-3. Βέλτιστη Καμπύλη Προσφοράς για τη Μονάδα TU155 την Ώρα 16:00.... 79 Σχήμα 3-1. Γραμμικοποίηση Καμπύλης Υπολειπόμενης Ζήτησης [5]... 84 Σχήμα 3-2. Αλγόριθμος του Προτεινόμενου Μοντέλου Προσομοίωσης της Αγοράς... 90 Σχήμα 3-3. ΟΤΣ όπως Προκύπτει από την Εκκαθάριση της Αγοράς από τον Διαχειριστή του Συστήματος και ΟΤΣ* όπως Προκύπτει από το Πρόβλημα Αυτοπρογραμματισμού του Παραγωγού, Χωρίς τη Βελτίωση της ΚΥΖ.... 95 Σχήμα 3-4. ΟΤΣ όπως Προκύπτει από την Εκκαθάριση της Αγοράς από τον Διαχειριστή του Συστήματος και ΟΤΣ* όπως Προκύπτει από το Πρόβλημα Αυτοπρογραμματισμού του Παραγωγού, με τη Βελτίωση της ΚΥΖ.... 96 Σχήμα 3-5. Παραγωγή Ενέργειας των Στρατηγικών Παραγωγών κατά τη Διάρκεια της ώρας 06.00 (Χωρίς Χρήση της ΕΜ).... 97 Σχήμα 3-6. ΟΤΣ κατά τη Διάρκεια των Τελευταίων 10 Επαναλήψεων Χωρίς τη Χρήση της ΕΜ.... 97 Σχήμα 3-7. Παραγωγή Ενέργειας των Στρατηγικών Παραγωγών κατά τη Διάρκεια της ώρας 06.00 (Με Χρήση της ΕΜ).... 98 Σχήμα 3-8. ΟΤΣ κατά τη Διάρκεια των Τελευταίων 10 Επαναλήψεων με τη Χρήση της ΕΜ και ΟΤΣ στην Περίπτωση όπου όλοι οι Παραγωγοί Υποβάλλουν όλη την Εγκατεστημένη Ισχύ των Μονάδων τους στο Αντίστοιχο Οριακό Κόστος τους (ΟΤΣ-ΟΚ, Διακεκομμένη Γραμμή).... 99 Σχήμα 3-9. Το Πραγματικό Κέρδος των Στρατηγικών Παραγωγών κατά τη Διάρκεια της Προσομοίωσης της Αγοράς.... 99 Σχήμα 3-10. Το Κόστος Παραγωγής του Συστήματος κατά τη Διάρκεια της Προσομοίωσης. 100 Σχήμα 4-1. Δομή του Στοχαστικού Δι-Επίπεδου Μοντέλου Τριών Σταδίων.... 106 Σχήμα 4-2. Γενικό Πλαίσιο Συμμετοχής Εικονικών Σταθμών Παραγωγής στην Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας... 107 Σχήμα 4-3. Σενάρια Αιολικής Παραγωγής του ΕΣΠ... 119 Σχήμα 4-4. Πρόβλεψη Φορτίου των Καταναλωτών του ΕΣΠ και Σενάρια Κατανάλωσης των ΕΣΠ-ΘΕΚ Φορτίων... 119

xii Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή Σχήμα 4-5. Βέλτιστη Καμπύλη Προσφοράς Ενέργειας του ΕΣΠ την Ώρα 19:00... 121 Σχήμα 4-6. Βέλτιστη Καμπύλη Ζήτησης Ενέργειας του ΕΣΠ την Ώρα 13:00... 121 Σχήμα 4-7. Βέλτιστες Ποσότητες Προσφοράς και Ζήτησης Ενέργειας του ΕΣΠ, και Αποτελέσματα Προγραμματισμού για το Πρώτο Σενάριο Δευτέρου Σταδίου.... 122 Σχήμα 4-8. Κατανομή της Αιολικής Παραγωγής του ΕΣΠ για τα Σενάρια Σ1 (Πάνω Διάγραμμα) και Σ8 (Κάτω Διάγραμμα).... 123 Σχήμα 4-9. Αποθηκευμένη Ενέργεια στις Μπαταρίες του ΕΣΠ και Βέλτιστο Πρόγραμμα Λειτουργίας τους για τα Σενάρια Σ1 (Πάνω Διάγραμμα) και Σ8 (Κάτω Διάγραμμα).... 124 Σχήμα 4-10. Κατανάλωση Φορτίου των Καταναλωτών του ΕΣΠ και Μετατοπίσεις Φορτίου των ΕΣΠ-ΘΕΚ Φορτίων για τα Σενάρια Σ1 (Πάνω Σιάγραμμα) και Σ8 (Κάτω Διάγραμμα).... 125 Σχήμα 4-11. Σύνθεση της Κατανάλωσης Φορτίου των Καταναλωτών του ΕΣΠ για τα Σενάρια Σ1 (Πάνω Διάγραμμα) και Σ8 (Κάτω Διάγραμμα).... 126 Σχήμα 4-12. ΟΤΣ στις Περιπτώσεις όπου ο ΕΣΠ δρα ως Διαμορφωτής Τιμής και ως Αποδέκτης Τιμής... 128 Σχήμα 4-13. Συσχέτιση μεταξύ του Αναμενόμενου Ημερήσιου Κέρδους του ΕΣΠ και του CVaR (Αποτελεσματικό Μέτωπο - Efficient Frontier)... 130 Σχήμα Α-1. Καταστάσεις Λειτουργίας Θερμικής Μονάδας [5].... 140 Σχήμα B-1. Σύστημα ΙΕΕΕ 24 Κόμβων.... 145 Σχήμα B-2. Σύστημα ΙΕΕΕ 118 Κόμβων.... 149

Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή xiii ΛΙΣΤΑ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2-1. Τεχνο-Οικονομικά Δεδομένα Μονάδων Παράγωγης του Συστήματος 24 Κόμβων... 60 Πίνακας 2-2. Τεχνο-Οικονομικά Δεδομένα Μονάδων Παράγωγης του Συστήματος 118 Κόμβων... 61 Πίνακας 2-3. Φορτίο του Συστήματος για κάθε Δοκιμή Προσομοίωσης... 61 Πίνακας 2-4. Τοποθεσία των Μονάδων του Στρατηγικού Παραγωγού... 63 Πίνακας 2-5. Συνοπτικά Αποτελέσματα της Δοκιμής 24.Α... 65 Πίνακας 2-6. Σύγκριση Αποτελεσμάτων Μεταξύ των Δυο Στρατηγικών Προσφοράς Με και Χωρίς Περιορισμούς Δικτύου Δοκιμή 24.Α... 65 Πίνακας 2-7. Συνοπτικά Αποτελέσματα της Δοκιμής 24.Β... 66 Πίνακας 2-8. Σύγκριση Αποτελεσμάτων Μεταξύ των Δυο Στρατηγικών Προσφοράς Με και Χωρίς Περιορισμούς Δικτύου Δοκιμή 24.Β... 66 Πίνακας 2-9. Συνοπτικά Αποτελέσματα της Δοκιμής 24.Γ... 67 Πίνακας 2-10. Σύγκριση Αποτελεσμάτων Μεταξύ των Δυο Στρατηγικών Προσφοράς Με και Χωρίς Περιορισμούς Δικτύου Δοκιμή 24.Γ... 67 Πίνακας 2-11. Συνοπτικά Αποτελέσματα της Δοκιμής 118.Α... 68 Πίνακας 2-12. Τοποθεσία των Μονάδων του Στρατηγικού Παραγωγού... 76 Πίνακας 2-13. Φορτίο του Συστήματος για Κάθε Σενάριο Φορτίου... 76 Πίνακας 2-14. Πιθανότητες Εμφάνισης των Σεναρίων... 76 Πίνακας 2-15. Συνοπτικά Αποτελέσματα της Δοκιμής του Στοχαστικού Μοντέλου... 78 Πίνακας 2-16. Σύγκριση της Συνολικής Παραγωγής των Μονάδων του Παραγωγού Μεταξύ των Δυο Στρατηγικών Προσφοράς Με και Χωρίς Περιορισμούς Δικτύου... 78 Πίνακας 2-17. Σύγκριση των Ωρών Συμφόρησης της Γραμμής #21 Μεταξύ των Δυο Στρατηγικών Προσφοράς Με και Χωρίς Περιορισμούς Δικτύου... 78 Πίνακας 3-1. Φορτίο του Συστήματος... 93 Πίνακας 3-2. Δεδομένα των Μονάδων του Συστήματος... 93 Πίνακας 3-3. Σύνθεση του Παραγωγικού Δυναμικού των Παραγωγών... 93 Πίνακας 3-4. Ημερήσιο Κέρδος του Στρατηγικού Παραγωγού Δ (Μόνο Ένας Στρατηγικός Παραγωγός)... 95 Πίνακας 3-5. Ημερήσιο Κέρδος των Στρατηγικών Παραγωγών (Τέσσερεις Στρατηγικοί Παραγωγοί)... 95 Πίνακας 3-6. Ημερήσιο Κέρδος των Παραγωγών (Προσομοίωση της Αγοράς)... 100 Πίνακας 3-7. Ημερήσια Παραγωγή των Παραγωγών (Προσομοίωση της Αγοράς)... 100 Πίνακας 4-1. Τεχνικά Χαρακτηριστικά των Μπαταριών του ΕΣΠ... 116 Πίνακας 4-2. Πιθανότητες Εμφάνισης των Σεναρίων Δευτέρου Σταδίου... 118

xiv Ευάγγελος Καρδάκος Διδακτορική Διατριβή Πίνακας 4-3. Πιθανότητες Εμφάνισης των Σεναρίων Τρίτου Σταδίου... 118 Πίνακας 4-4. Φορτίο του Συστήματος... 119 Πίνακας 4-5. ΕΣΠ Λειτουργία Έναντι Αυτόνομης Λειτουργίας... 120 Πίνακας 4-6. Μέγεθος του Μοντέλου και Χρόνος Εκτέλεσης... 126 Πίνακας 4-7. Κέρδη του ΕΣΠ (Στρατηγική και Μη-Στρατηγική λειτουργία)... 127 Πίνακας 4-8. Επίδραση των Τιμών Εξισορρόπησης στα Κέρδη του ΕΣΠ (Ουδέτερος ως προς το Ρίσκο)... 129 Πίνακας 4-9. Επίδραση των Παραμέτρων ΑΖ στα Κέρδη του ΕΣΠ (Ουδέτερος ως προς το Ρίσκο)... 130 Πίνακας B-1. Τοποθεσία των Μονάδων στο Σύστημα ΙΕΕΕ 24 Κόμβων... 143 Πίνακας B-2. Τοποθεσία των Φορτίων στο Σύστημα ΙΕΕΕ 24 Κόμβων και οι Αντίστοιχοι Συντελεστές Κατανομής του Συνολικού Φορτίου του Συστήματος... 144 Πίνακας B-3. Στοιχεία των Γραμμών Μεταφοράς του Συστήματος ΙΕΕΕ 24 Κόμβων... 144 Πίνακας B-4. Τοποθεσία των Μονάδων στο Σύστημα ΙΕΕΕ 118 Κόμβων... 145 Πίνακας B-5. Τοποθεσία των Φορτίων στο Σύστημα ΙΕΕΕ 118 Κόμβων και οι Αντίστοιχοι Συντελεστές Κατανομής του Συνολικού Φορτίου του Συστήματος... 146 Πίνακας B-6. Στοιχεία των Γραμμών Μεταφοράς του Συστήματος ΙΕΕΕ 118 Κόμβων... 147

Κεφάλαιο 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Η Ηλεκτρική Ενέργεια και τα Ιδιαίτερα Χαρακτηριστικά της Η ηλεκτρική ενέργεια αποτελεί ένα βασικό συστατικό της σύγχρονης κοινωνίας επηρεάζοντας άμεσα την κοινωνική και οικονομική ανάπτυξη κάθε κράτους. Η ανάπτυξη και η ποιότητα της ζωής και της εργασίας είναι απόλυτα εξαρτημένες από τη συνεχή, άφθονη και οικονομική παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, γεγονός που έχει ιστορικά οδηγήσει στην εξάρτηση από τρίτους για την παροχή της, καθώς οι ενεργειακοί πόροι δεν συγκεντρώνονται γενικά στις περιοχές όπου εμφανίζεται υψηλή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, η ηλεκτρική ενέργεια έχει γίνει η βασικότερη μορφή ενέργειας για καθημερινή χρήση, με τον άνθρακα, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και τους άλλους ενεργειακούς πόρους να χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή της. Με την ευελιξία της, τον εύκολο έλεγχο, την άμεση διαθεσιμότητα και την καθαρή μορφή της, η ηλεκτρική ενέργεια αποτέλεσε αμέσως μία άκρως απαραίτητη και πολλαπλής χρήσης μορφή ενέργειας. Η οικιακή χρήση της έχει πλέον επεκταθεί πολύ πέρα από τον αρχικό σκοπό της που ήταν ο φωτισμός, και έχει γίνει αναντικατάστατη στην κουζίνα καθώς και στο υπόλοιπο σπίτι για κλιματισμό, τη λειτουργία των υπολογιστών, της τηλεόρασης, και σε πολλές άλλες χρήσεις. Αλλά ακόμα ευρύτερη είναι η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας στις εμπορικές και βιομηχανικές δραστηριότητες: πέρα από την παροχή ενέργειας για φως και κλιματισμό, χρησιμοποιείται για τη λειτουργία κινητήρων σε μία σειρά από εφαρμογές, όπως είναι οι ανελκυστήρες, οι γερανοί, οι μύλοι, οι αντλίες, οι συμπιεστές κ.α. Με αυτό το τρόπο, οι σύγχρονες κοινωνίες έχουν γίνει απόλυτα εξαρτημένες από την άφθονη παροχή της ηλεκτρικής ενέργειας [1]. Πολλοί ερευνητές έχουν υποστηρίξει ότι οι εμπορικές ρυθμίσεις που αφορούν την ηλεκτρική ενέργεια δεν χρειάζεται να διαφέρουν από εκείνες που διέπουν τις οικονομικές συναλλαγές των υπόλοιπων εμπορικών αγαθών. Ωστόσο, αυτή η αντίληψη είναι λανθασμένη καθώς η ηλεκτρική

2 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή ενέργεια είναι από τη φύση της ένα ιδιαίτερο αγαθό που διαφέρει σημαντικά από τα υπόλοιπα εμπορεύματα. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που παρουσιάζει η ηλεκτρική ενέργεια ως αγαθό συνοψίζονται στα εξής [1]-[2]: 1. Η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί να αποθηκευτεί οικονομικά σε μεγάλες ποσότητες. Η τεχνολογία των μπαταριών δεν έχει ακόμη αναπτυχθεί στο σημείο όπου θα είναι εφικτή η οικονομική αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η παραγωγή της να πρέπει να ακολουθεί συνεχώς τις διακυμάνσεις της ζήτησης κατά τη διάρκεια της ημέρας, προκειμένου να εξασφαλίζεται η διαρκής ισορροπία παραγωγήςζήτησης. 2. Μία άλλη ιδιαιτερότητα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η μεταφορά της, καθώς δεν αποτελεί ένα προϊόν που μπορεί να μεταφερθεί σε πακέτα από την περιοχή παραγωγής στην περιοχή κατανάλωσης σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή. Η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας από ένα σημείο του συστήματος σε κάποιο άλλο γίνεται μέσω του δικτύου μεταφοράς, και η ροή της στις γραμμές του δικτύου υπακούει στους νόμους του Kirchhoff. Επιπλέον, το σύστημα μεταφοράς χαρακτηρίζεται από ένα όριο στην ηλεκτρική ισχύ που μπορεί να μεταφέρει σε μία δεδομένη χρονική στιγμή, το οποίο καθορίζεται από τα θερμικά όρια των γραμμών μεταφοράς και τα όρια τάσης και ευστάθειας. 3. Η ηλεκτρική ενέργεια ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός. Κάθε δευτερόλεπτο η παραγόμενη ενέργεια θα πρέπει να ισούται με την ηλεκτρική ζήτηση, διότι διαφορετικά η συχνότητα κινείται εκτός των επιτρεπόμενων ορίων λειτουργίας, θέτοντας σε κίνδυνο τη λειτουργία των ηλεκτρικών συσκευών των καταναλωτών, ενώ αν το πρόβλημα ενταθεί, μπορεί να οδηγήσει ακόμη και ολόκληρο το σύστημα σε κατάρρευση (black-out). Γι αυτό τον λόγο, καθίσταται απαραίτητο ο Διαχειριστής του συστήματος να είναι κάθε στιγμή σε θέση να μεταβάλει την έξοδο των μονάδων παραγωγής του συστήματος προκειμένου να ακολουθεί τις μεταβολές του ηλεκτρικού φορτίου μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Ωστόσο, για να καταστεί αυτό δυνατό, απαιτείται ο εκ των προτέρων προγραμματισμός των μονάδων, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η ασφαλής λειτουργία του συστήματος. 4. Δεν υπάρχει υποκατάστατο της ηλεκτρικής ενέργειας σαν αγαθό και έτσι οποιαδήποτε διακοπή της συνεχούς παροχής της έχει σημαντικό αντίκτυπο στην οικονομία, τη δημόσια υγεία και την εθνική ασφάλεια. Το γεγονός αυτό, στο σημερινό τεχνολογικό πολιτισμό, καθιστά τη βραχυχρονίως προσδιοριζόμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας εντόνως ανελαστική. 1.2. Ιστορική Αναδρομή των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 3 1.2.1. Τα Πρώτα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας Τα πρώτα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας που εγκαταστάθηκαν το 1870, αποτελούνταν από μεμονωμένες γεννήτριες συνεχούς ρεύματος που τροφοδοτούσαν το φωτισμό μίας μόνο κατοικίας. Αργότερα το 1880, ο Thomas Edison, με την ανακάλυψη της λάμπας πυρακτώσεως, γέννησε την ιδέα να χρησιμοποιηθεί μία γεννήτρια για την τροφοδότηση πολλών κτιρίων. Έτσι το 1882, η πρώτη γεννήτρια του Thomas Edison, οδηγούμενη από έναν ατμοστρόβιλο, εγκατεστημένη στην οδό Pearl του Μανχάταν, κατάφερε να τροφοδοτήσει με συνεχές ρεύμα, τάσης 100 Volt, περίπου τετρακόσιες λάμπες των 80 Watt ισχύος η κάθε μία, τοποθετημένες σε κτίρια γραφείων και κατοικιών στον δρόμο της Wall Street. Πολύ σύντομα αυτό το σύστημα της τοπικής παραγωγής και διανομής υιοθετήθηκε, αποκλείστηκα για φωτισμό, σε πολλές αστικές και αγροτικές κοινότητες σε όλο το κόσμο. Αργότερα, η εφεύρεση του μετασχηματιστή στη Γαλλία, το 1883-1884, αποκάλυψε τα πλεονεκτήματα του εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο επέτρεψε την εύκολη αύξηση του επιπέδου της τάσης που ήταν απαραίτητη προκειμένου να μειωθούν σημαντικά οι απώλειες και οι βυθίσεις της τάσης κατά μήκος των μεγάλων γραμμών μεταφοράς. Η μεταφορά μονοφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1884, ενώ τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα μεταφέρθηκε για πρώτη φορά τον Αύγουστο του 1891 από έναν υδροηλεκτρικό σταθμό της Lauffen στη Διεθνή Έκθεση της Φρανκφούρτης, 175 χιλιόμετρα μακριά. Αυτός ήταν και ο λόγος που το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE) συμφώνησε να οριστεί η 24η Αυγούστου του 1891, ως η ημερομηνία που σηματοδοτεί την αρχή της βιομηχανικής χρήσης και μεταφοράς του εναλλασσόμενου ρεύματος [1]. 1.2.2. Η Μονοπωλιακή Οργάνωση των Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Για το μεγαλύτερο μέρος του 20ου αιώνα, οι καταναλωτές της ηλεκτρικής ενέργειας ήταν υποχρεωμένοι να προμηθεύονται την ενέργεια τους μόνο από μία επιχείρηση που διατηρούσε το μονοπώλιο για την παροχή της στην περιοχή που κατοικούσαν. Οι επιχειρήσεις αυτές, στις περισσότερες περιπτώσεις, αποτελούσαν κάθετα ολοκληρωμένα μονοπώλια, που σημαίνει ότι κατείχαν υπό τον έλεγχο τους το σύνολο των υπηρεσιών παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας. Ενώ σε άλλες περιπτώσεις, οι επιχειρήσεις που προμήθευαν την ηλεκτρική ενέργεια στους καταναλωτές ήταν υπεύθυνες μόνο για τη διανομή της και ήταν υποχρεωμένες με τη σειρά τους να αγοράζουν την ενέργεια από την επιχείρηση που είχε το μονοπώλιο για την παραγωγή και τη μεταφορά της σε μία ευρύτερη γεωγραφική περιοχή. Σε κάποιες περιοχές του πλανήτη, αυτές οι επιχειρήσεις ήταν ιδιωτικές εταιρείες που υπόκεινται όμως στον κρατικό έλεγχο, ενώ σε άλλες ήταν δημόσιες επιχειρήσεις. Ωστόσο, ανεξαρτήτως του ιδιοκτησιακού καθεστώτος και του επιπέδου της κάθετης ολοκλήρωσης, τα γεωγραφικά μονοπώλια ήταν ο κανόνας.

4 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Οι ηλεκτρικές εταιρείες λειτουργώντας υπό αυτό το καθεστώς κατάφεραν να συνεισφέρουν σημαντικά στην οικονομική δραστηριότητα και την ποιότητα της ζωής. Σήμερα, οι περισσότεροι άνθρωποι που κατοικούν στις βιομηχανικές χώρες έχουν πρόσβαση στο δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται από τα κέντρα παραγωγής της. Για αρκετές δεκαετίες, η ενέργεια που παρέχονταν από αυτά τα δίκτυα, διπλασιάζονταν κάθε οκτώ χρόνια. Ταυτόχρονα, οι εξελίξεις στην τεχνολογία, βελτίωσαν την αξιοπιστία της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε τέτοιο βαθμό ώστε σε πολλά μέρη του κόσμου, ο μέσος καταναλωτής να διακόπτεται για λιγότερο από δύο λεπτά ανά έτος. Τα επιτεύγματα αυτά βασίστηκαν στις αδιάκοπες τεχνολογικές εξελίξεις, μερικές από τις οποίες ήταν η ανάπτυξη και ανέγερση γραμμών μεταφοράς που λειτουργούν σε τάσεις μεγαλύτερες των 1000 kv και εκτείνονται σε χιλιάδες χιλιόμετρα, η κατασκευή μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με δυναμικότητα μεγαλύτερη των 1000 MW και ο έλεγχος των δικτύων που συνδέουν αυτές τις μονάδες με τους τελικούς καταναλωτές μέσω των γραμμών μεταφοράς [3]. Στο παραπάνω πλαίσιο, κανείς δεν είχε σκεφτεί πως θα μπορούσε η εμπορευματική δραστηριότητα της ηλεκτρικής ενέργειας να οργανωθεί με οποιοδήποτε άλλο τρόπο, πέρα από το κάθετα ολοκληρωμένο μονοπωλιακό καθεστώς, και οι λόγοι ήταν οι εξής [2]: 1. Η μονοπωλιακή φύση της διανομής, καθώς μόνο ένα σετ γραμμών - καλωδίων θα έπρεπε να υπάρχει σε κάθε δρόμο, γεγονός που στηρίχτηκε σε λόγους χώρου, εμφάνισης, αλλά κυρίως στο υψηλό οικονομικό κόστος που διέπει τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας, και καθιστά απαγορευτικό τον ανταγωνισμό σε αυτό το επίπεδο. 2. Η μονοπωλιακή φύση της μεταφοράς, που στηρίχτηκε τόσο στο πολύ υψηλό οικονομικό της κόστος, όσο και στις υψηλές απαιτήσεις χωροθέτησης και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του δικτύου μεταφοράς. 3. Οι τεχνικές προκλήσεις για το συντονισμό μιας μονάδας παραγωγής με το δίκτυο μεταφοράς καθιστούν τόσο πολύπλοκη την ενσωμάτωση της παραγωγής με τη μεταφορά, που θεωρήθηκε σχεδόν αδύνατο να διαχωριστούν οι δύο διαδικασίες, για αυτό και επικράτησε η άποψη ότι το καλύτερο θα ήταν να υπόκεινται και οι δύο στην ίδια εταιρεία. 4. Ο μακροπρόθεσμος προγραμματισμός του δικτύου μεταφοράς και των μονάδων παραγωγής ενός συστήματος επωφελήθηκε από την κάθετη ολοκλήρωση της παραγωγής με τη μεταφορά. 5. Τέλος, το υψηλό κόστος για την κατασκευή των μονάδων παραγωγής σε συνδυασμό με τις χαμηλές τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας που παρήγαγαν, ενίσχυσαν την επικράτηση του φυσικού μονοπωλίου και στην παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας.

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 5 Από αυτούς τους πέντε παράγοντες, οι δύο πρώτοι συνεχίζουν να ισχύουν και σήμερα - οι τομείς της μεταφοράς και της διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας εξακολουθούν να θεωρούνται φυσικά μονοπώλια. Ωστόσο, στις περισσότερες χώρες οι οικονομίες κλίμακας (the scale economies in generation) στον τομέα της παραγωγής δεν θεωρούνται πλέον επαρκείς για να δικαιολογήσουν το μονοπωλιακό καθεστώς. Επιπλέον, η ραγδαία τεχνολογική πρόοδος με την εισαγωγή των μικρότερων και αποδοτικότερων μονάδων παραγωγής, η πρόοδος στους τομείς της πληροφορικής και επικοινωνιών, η είσοδος του ανταγωνισμού σε άλλους τομείς της οικονομίας (τηλεπικοινωνίες, μεταφορές, αερογραμμές, αγορά φυσικού αερίου) καθώς και η αντίληψη ότι η παραγωγή και η πώληση ενός προϊόντος θα πρέπει να διαχωριστούν από τη μεταφορά του, έθεσε τις βάσεις για τη μετάβαση στις ανταγωνιστικές αγορές ηλεκτρικής ενέργειας. 1.2.3. Η Μετάβαση από τις Μονοπωλιακές στις Ανταγωνιστικές Αγορές Ηλεκτρικής Ενέργειας Από τις αρχές του 1980, πολλοί οικονομολόγοι, επηρεαζόμενοι από το γενικότερο κλίμα της απελευθέρωσης της αγοράς που άρχισε να επικρατεί στους τομείς των μεταφορών, των αερογραμμών και του φυσικού αερίου, άρχισαν να υποστηρίζουν ότι το μονοπωλιακό μοντέλο οργάνωσης της βιομηχανίας της ηλεκτρικής ενέργειας είχε πλέον κλείσει το κύκλο του. Ισχυρίζονταν ότι το μονοπώλιο αδυνατούσε να εξασφαλίσει την υλοποίηση των δύο βασικών στόχων για την οικονομική λειτουργία του συστήματος: την τιμολόγηση κοντά στο πραγματικό κόστος παραγωγής και την παροχή ισχυρών κινήτρων για την ελαχιστοποίηση αυτού του κόστους [4]. Αντίθετα, μία ανταγωνιστική αγορά μπορεί να πετύχει ταυτόχρονα και τους δύο αυτούς στόχους. Παράλληλα, ο κρατικός έλεγχος στον τομέα του ηλεκτρισμού υπήρξε επίσης προβληματικός, καθώς πολύ συχνά η διαχείριση των επιχειρήσεων ηλεκτρισμού υπάκουε περισσότερο σε πολιτικές επιδιώξεις παρά σε οικονομικά και λειτουργικά κριτήρια. Η πρώτη ανταγωνιστική αγορά ηλεκτρικής ενέργειας εφαρμόστηκε στη Χιλή το 1982. Στο νέο αυτό πλαίσιο, το μεγαλύτερο μέρος των διαδικασιών παροχής ηλεκτρικής ενέργειας ιδιωτικοποιήθηκε και σχηματίστηκε μια κεντρικά οργανωμένη αγορά ή κοινοπραξία ισχύος (power pool), όπου πραγματοποιούταν η κεντρική κατανομή των μονάδων παραγωγής με βάση το δηλωθέν μεταβλητό κόστος τους. Οι παραγωγοί αποζημιώνονταν για την παραγωγή τους, στην οριακή τιμή συστήματος (system marginal price), ενώ ήταν σε θέση να συνάπτουν και μακροπρόθεσμα συμβόλαια προκειμένου να προστατεύονται από την αστάθεια των τιμών. Επιπλέον, το νέο αυτό καθεστώς προέβλεπε κατευθυντήριες γραμμές προγραμματισμού της παραγωγής, όπου το κράτος κατείχε μόνο επικουρικό ρόλο, καθώς και ελεύθερη πρόσβαση στο δίκτυο μεταφοράς, με την καταβολή ενός αντίτιμου για τη χρήση του. Παρόμοιες μεταρρυθμίσεις ακολούθησαν το 1990 στην Αγγλία-Ουαλία και λίγο αργότερα το 1991 και στην Νορβηγία. Γρήγορα, το νέο πλαίσιο της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας

6 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή επεκτάθηκε και στις χώρες της Ωκεανίας (Αυστραλία 1991, Νέα Ζηλανδία 1994), ενώ το παράδειγμα της Χιλής στην Νότια Αμερική ακολούθησαν η Αργεντινή (1992), το Περού (1993), η Βολιβία και η Κολομβία (1994). Στις σκανδιναβικές χώρες, η απελευθέρωση στην Νορβηγία όχι μόνο πυροδότησε ανάλογες εξελίξεις, αλλά οδήγησε και στο σχηματισμό της πρώτης οργανωμένης διεθνούς αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας (NordPool), που ξεκίνησε τη λειτουργία της το 1996 ενώνοντας τις περιφερειακές αγορές Νορβηγίας και Σουηδίας, ενώ αργότερα εισήλθαν η Δανία και η Φιλανδία. Τέλος, οι σχετικές ρυθμίσεις στις Ηνωμένες Πολιτείες άρχισαν να εφαρμόζονται το 1998, πρώτα με τη διασύνδεση της PJM (Pennsylvania - New Jersey - Maryland Interconnection) και έπειτα με την αγορά της Καλιφόρνια. Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1980, οι αγορές ηλεκτρικής ενέργειας στην Ευρώπη παρέμεναν στο μονοπωλιακό καθεστώς. Ωστόσο, το 1987 όπου και τέθηκε σε ισχύ η Ενιαία Ευρωπαϊκή πράξη (Single European Act), η Ευρωπαϊκή Ένωση ξεκίνησε μια διαδικασία απελευθέρωσης και παράλληλα καταπολέμησης των μονοπωλίων. Το πρώτο αποφασιστικό βήμα προς την κατεύθυνση μιας απελευθερωμένης αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας έγινε το 1996 με την έκδοση της πρώτης οδηγίας για την ηλεκτρική ενέργεια, 96/92/ΕΚ (1 o Ενεργειακό Πακέτο) η οποία δέσμευε τα κράτη-μέλη να ξεκινήσουν τη διαδικασία της απελευθέρωσης του τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας. Το κεντρικό σημείο της οδηγίας ήταν να προωθήσει την ιδέα της αμερόληπτης πρόσβασης τρίτων στα δίκτυα μεταφοράς και διανομής. Επιπλέον, τα κράτημέλη υποχρεώνονταν να διαχωρίσουν τις διάφορες δραστηριότητες της βιομηχανίας ηλεκτρισμού και να προωθήσουν την απελευθέρωση του τομέα της παραγωγής, επιτρέποντας την καλύτερη πρόσβαση στην αγορά για τους νεοεισερχόμενους. Τελικά, η οδηγία αυτή, που ήρθε σε ισχύ μετά από πέντε χρόνια διαπραγματεύσεων, έγινε αντικείμενο έντονης κριτικής από τα κράτη-μέλη, με τους πιο έντονους επικριτές της να είναι η Γαλλία και η Γερμανία, οι οποίες δεν συμφωνούσαν με τις Βρυξέλλες σχετικά με την επιβαλλόμενη αναδιάρθρωση των βιομηχανιών τους. Έτσι, εξαιτίας της έλλειψης αποτελεσματικότητας και του μη δεσμευτικού χαρακτήρα της, η οδηγία 96/92/ΕΚ αντικαταστάθηκε το 2003 από τη δεύτερη οδηγία 2003/54/ΕΚ (2 ο Ενεργειακό Πακέτο), η οποία υποχρέωνε τα κράτη-μέλη να προχωρήσουν στο πλήρες άνοιγμα των αγορών τους στον ανταγωνισμό. Τέλος, το 2009, η οδηγία 2009/72/ΕΚ (3 ο Ενεργειακό Πακέτο) αντικατέστησε την 2003/54/ΕΚ, και προέβλεπε τη βελτίωση της λειτουργικότητας των ανταγωνιστικών αγορών ηλεκτρικής ενέργειας σε όλα τα κράτη-μέλη, την εξασφάλιση του αποτελεσματικού διαχωρισμού των δραστηριοτήτων της μεταφοράς και της διανομής και την ενίσχυση της ανεξαρτησίας των ρυθμιστικών αρχών ενέργειας.

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 7 1.3. Βραχυχρόνια και Μακροχρόνια Οργάνωση των Ανταγωνιστικών Αγορών Ηλεκτρικής Ενέργειας Στις σύγχρονες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργούν υπό το νέο καθεστώς της απελευθέρωσης, οι συναλλαγές ενέργειας μεταξύ των συμμετεχόντων πραγματοποιούνται σε διάφορα χρονικά επίπεδα, από το μακροπρόθεσμο ορίζοντα έως και τον πραγματικό χρόνο. Ανάλογα με το ρυθμιστικό πλαίσιο λειτουργίας της κάθε χώρας έχουμε τις εξής βασικές κατηγορίες αγορών ηλεκτρικής ενέργειας [4], [5]: 1. H Μέσο-μακροπρόθεσμη Προθεσμιακή Αγορά (Forward market) και η Αγορά Συμβολαίων Μελλοντικής Εκπλήρωσης(Future market) 2. H Προ-ημερήσια Αγορά (Day-ahead market) 3. H Ενδο-ημερήσια Αγορά (Intraday or adjustment market) 4. H Αγορά Εξισορρόπησης ή Πραγματικού Χρόνου (Balancing or real-time market) 5. H Αγορά Επικουρικών Υπηρεσιών και Ρύθμισης (Ancillary Services and Regulation market) 1.3.1. H Μέσο-μακροπρόθεσμη Προθεσμιακή Αγορά (Forward market) και η Αγορά Συμβολαίων Μελλοντικής Εκπλήρωσης (Future market) Οι μέσο-μακροπρόθεσμες συναλλαγές ηλεκτρικής ενέργειας πραγματοποιούνται είτε μέσω των Προθεσμιακών Αγορών (Forward Markets) είτε μέσω των Αγορών Συμβολαίων Μελλοντικής Εκπλήρωσης - ΑΣΜΕ (Futures Markets). Η προθεσμιακή αγορά ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί μία αγορά δημοπρασίας στην οποία οι συμμετέχοντες διαπραγματεύονται φυσικά και χρηματοοικονομικά προϊόντα, γνωστά ως παράγωγα [6], για την προμήθεια ηλεκτρικής ενέργειας σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή στο μέλλον. Αντίθετα οι ΑΣΜΕ βασίζονται στη σύναψη διμερών συμβολαίων (bilateral contracts) μεταξύ παραγωγών, προμηθευτών και μεγάλων καταναλωτών για την παράδοση συγκεκριμένων ποσοτήτων ενέργειας, σε προκαθορισμένες τιμές και προκαθορισμένη περίοδο στο μέλλον. Ο συγκεκριμένος τύπος συναλλαγών, αναφέρεται συχνά με τον όρο "Εξωχρηματηστηριακές Συναλλαγές" (Over the Counter - OTC), ο οποίος περιγράφει το σύνολο των συναλλαγών που πραγματοποιούνται απουσία κάποιου επιβλέποντος Χρηματιστηρίου [7]. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των δύο αυτών αγορών είναι το γεγονός ότι επιτρέπουν τις συναλλαγές, σε τρέχουσες τιμές ενέργειας, φυσικών ή χρηματοοικονομικών προϊόντων που αφορούν την προμήθεια ενέργειας στο μέλλον. Γι αυτό τον λόγο, αυτές οι αγορές είναι πολύ χρήσιμες όταν η τιμή της ενέργειας είναι εξαιρετικά αβέβαιη και έντονα μεταβαλλόμενη, γεγονός που οδηγεί σε μεγάλη μεταβλητότητα του κέρδους ή του κόστους των συμμετεχόντων της αγοράς. 1.3.2. H Προ-ημερήσια Αγορά (Day-ahead market) Η προ-ημερήσια και οι ενδο-ημερήσιες αγορές ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν τις σημαντικότερες αγορές καθώς καλύπτουν έναν πολύ μεγάλο όγκο συναλλαγών. Η μέχρι σήμερα

8 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή εμπειρία καταδεικνύει την απουσία ενός ενιαίου μοντέλου οργάνωσης της προ-ημερήσιας αγοράς. Παρ' όλα αυτά, αναλύοντας το σχεδιασμό των περισσότερων αγορών, διακρίνονται δύο γενικοί τύποι οργάνωσης, ως ακολούθως [5], [7]: α) Κεντρικά Οργανωμένη Αγορά ή Κοινοπραξία Ισχύος (Power Pool) β) Αποκεντρωμένη Αγορά Διμερών Συμβολαίων, σε συνδυασμό με την προαιρετική Λειτουργία ενός Χρηματιστηρίου Ενέργειας (Bilateral Contracts with Voluntary Power Exchange Model). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1-1, η Κοινοπραξία Ισχύος αντιπροσωπεύει μια κεντρικά οργανωμένη αγορά, όπου όλη η ενέργεια πωλείται και αγοράζεται από τον Διαχειριστή της αγοράς. Αυτό επιτυγχάνεται με τον κεντρικό προγραμματισμό όλων των συναλλαγών από τον Διαχειριστή, στον οποίο είναι υποχρεωμένοι όλοι οι παραγωγοί να καταθέτουν τις προσφορές τους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και όλοι οι προμηθευτές με τη σειρά τους, τις προσφορές τους για κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Συγκεκριμένα, ο Διαχειριστής της αγοράς συγκεντρώνει όλες τις προσφορές έγχυσης και τις προσφορές κατανάλωσης, και εκκαθαρίζει την αγορά χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο εκκαθάρισης, ο οποίος καθορίζει τις τιμές της ενέργειας και τα προγράμματα παραγωγής και κατανάλωσης. Αν οι περιορισμοί του δικτύου μεταφοράς δεν λαμβάνονται υπόψη, η τιμή της ενέργειας που προκύπτει είναι ίδια για όλους τους παράγοντες της αγοράς και ονομάζεται Οριακή Τιμή Συστήματος (ΟΤΣ ή Marginal Clearing Price - MCP). Αντίθετα, όταν το δίκτυο μεταφοράς συμπεριλαμβάνεται στον αλγόριθμο εκκαθάρισης της αγοράς, τότε αντί για μια κοινή τιμή ενέργειας, προκύπτει μία ξεχωριστή Τοπική Οριακή Τιμή (ΤΟΤ ή Locational Marginal Price - LMP) για κάθε έναν από τους κόμβους του Συστήματος. Σχήμα 1-1. Μοντέλα Οργάνωσης της Προ-ημερήσιας Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας Κοινοπραξίας Ισχύος είναι: α) η κεντρική διαχείριση της αγοράς από τον Διαχειριστή της Αγοράς, β) ο κεντρικός υπολογισμός των προγραμμάτων παραγωγής όλων των μονάδων του συστήματος από τον Διαχειριστή, γ) η πολυπλοκότητα των προσφορών έγχυσης που καταθέτουν οι παραγωγοί, και περιλαμβάνουν το σύνολο των τεχνικό-οικονομικών δεδομένων των μονάδων παραγωγής τους, δ) ο κεντρικός καθορισμός

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 9 των τιμών εκκαθάρισης της αγοράς, που είναι δημοσίως διαθέσιμες, ε) η λεπτομερής μοντελοποίηση των τεχνικών χαρακτηριστικών των μονάδων παραγωγής και του δικτύου μεταφοράς κατά την εκκαθάριση της αγοράς, ζ) και τέλος ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των Κοινοπραξιών Ισχύος είναι η παροχή παράπλευρων πληρωμών ("make-whole" side payments) σε παραγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να καλυφθεί το συνολικό κόστος λειτουργίας τους σε περίπτωση που δεν αρκεί η προκύπτουσα τιμή εκκαθάρισης [5]. Σε μία αποκεντρωμένη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, οι συναλλαγές βασίζονται στη σύναψη διμερών συμβολαίων (bilateral contracts) μεταξύ παραγωγών, προμηθευτών και μεγάλων καταναλωτών για την παράδοση συγκεκριμένων ποσοτήτων ενέργειας, σε προκαθορισμένες τιμές και προκαθορισμένη περίοδο στο μέλλον. Οι συναλλαγές αυτές πραγματοποιούνται μέσω ηλεκτρονικών πινάκων ανακοινώσεων (electronic bulletin boards), είτε μέσω μεσαζόντων (brokers), οι οποίοι αποσκοπούν στην εύρεση των κατάλληλων εταίρων για την απ' ευθείας ανταλλαγή ηλεκτρικής ενέργειας [8]. Ο συγκεκριμένος τύπος συναλλαγών, αναφέρεται συχνά με τον όρο "Εξωχρηματηστηριακές Συναλλαγές" (Over the Counter - OTC), ο οποίος περιγράφει το σύνολο των συναλλαγών που πραγματοποιούνται απουσία κάποιου επιβλέποντος Χρηματιστηρίου [7]. Τα διμερή συμβόλαια λόγω των προκαθορισμένων όρων δεν υπόκεινται στη ρευστότητα που παρουσιάζουν οι τιμές εκκαθάρισης σε μία κοινοπραξία ισχύος και έτσι αποτελούν μέσο αντιστάθμισης κινδύνου για τους Συμμετέχοντες (hedging tool). Τα βασικά χαρακτηριστικά της αποκεντρωμένης Αγοράς Διμερών Συμβολαίων είναι: α) η ευελιξία που χαρακτηρίζει τους όρους διαπραγμάτευσης των συμβολαίων, β) το αυξημένο κόστος συναλλαγών, γ) ο κίνδυνος αφερεγγυότητας των συμβαλλομένων, δ) οι συμφωνηθείσες τιμές των διμερών συμβάσεων παραμένουν απόρρητες και ε) το πρόγραμμα λειτουργίας των μονάδων παραγωγής διαμορφώνεται από τους κατόχους τους, ενώ ο ρόλος του Διαχειριστή περιορίζεται στη διασφάλιση της ισορροπίας και της ασφάλειας του Συστήματος [5]. Στην πραγματικότητα, επειδή συνήθως παρατηρείται απόκλιση μεταξύ των συμφωνημένων ποσοτήτων ενέργειας και των πραγματικά μετρούμενων, είναι δυνατόν να λειτουργεί παράλληλα και μία αγορά εξισορρόπησης για την εκκαθάριση των παραπάνω αποκλίσεων [9]. Το κύριο μειονέκτημα των Αγορών Διμερών Συμβολαίων αποτελεί το γεγονός ότι αυτές πραγματοποιούνται σε μεσοπρόθεσμο ή μακροπρόθεσμο χρονικό ορίζοντα, γεγονός που εμποδίζει την εξασφάλιση της ασφάλειας του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας μόνο μέσω των συγκεκριμένων αγορών. Γι αυτό το λόγο, πολύ συχνά συναντάται η λειτουργία ενός απλού Χρηματιστηρίου παράλληλα με την Αγορά Διμερών Συμβολαίων, το οποίο έχει τον χαρακτήρα εθελοντικής συμμετοχής των συμμετεχόντων και εκκαθαρίζει την αγορά με βάση μία απλή οικονομική σειρά εκκαθάρισης των προσφορών.

10 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 1.3.3. Η Ενδο-ημερήσια Αγορά ( Intraday or Adjustment Market) Οι ενδο-ημερήσιες αγορές είναι παρόμοιες με την προ-ημερήσια αγορά, με τη μόνη διαφορά ότι εκκαθαρίζονται πιο κοντά στην χρονική στιγμή παράδοσης της ηλεκτρικής ενέργειας και καλύπτουν μικρότερο χρονικό ορίζοντα συναλλαγών. Για αυτό το λόγο, οι ενδο-ημερήσιες αγορές είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τους παραγωγούς ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθώς όσο πιο κοντά στην πραγματική παράδοση της ενέργειας βρίσκονται, τόσο καλύτερη είναι η πρόβλεψη για την παραγωγή των μονάδων τους [10]. 1.3.4. Η Αγορά Εξισορρόπησης ή Πραγματικού Χρόνου (Balancing ή Real-time Market) Η αγορά εξισορρόπησης ή πραγματικού χρόνου επιτρέπει τη βραχυπρόθεσμη κάλυψη των ποσοτήτων ενέργειας που ενώ κατανεμήθηκαν στις προηγούμενες αγορές δεν είναι σε θέση τελικά να παρασχεθούν, είτε εξαιτίας βλαβών στον εξοπλισμό του συστήματος είτε λόγω της αβέβαιης παραγωγής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Επιπλέον, αυτή η αγορά επιτρέπει την κάλυψη μεταβολών του φορτίου και μερικές φορές αντιμετωπίζει και προβλήματα που προκαλούνται από τους περιορισμούς του συστήματος μεταφοράς [10]. 1.3.5. Η Αγορά Επικουρικών Υπηρεσιών και Ρύθμισης (Ancillary Services and Regulation market) Εκτός από τις παραπάνω αγορές ενέργειας υπάρχουν και άλλες αγορές που είναι εξίσου απαραίτητες για την ασφαλή λειτουργία ενός συστήματος, όπως είναι η αγορά επικουρικών υπηρεσιών και η αγορά ρύθμισης [10]. Η αγορά επικουρικών υπηρεσιών συνήθως εκκαθαρίζεται μία φορά την ημέρα και παρέχει εφεδρική ισχύ (στρεφόμενη και μη στρεφόμενη εφεδρεία) απαραίτητη για την κάλυψη αστοχιών στην λειτουργία κάποιας μονάδας παραγωγής ή μιας γραμμής του δικτύου μεταφοράς, την κάλυψη μεγάλων μεταβολών του ηλεκτρικού φορτίου ή/και της παραγωγής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η αγορά επικουρικών υπηρεσιών εκκαθαρίζεται είτε από κοινού με την προ-ημερήσια αγορά είτε αμέσως μετά από την εκκαθάριση της τελευταίας. Τέλος η αγορά ρύθμισης (Αυτόματη Ρύθμιση Παραγωγής ή Automatic Generation Control - AGC) παρέχει τη δυνατότητα παρακολούθησης του φορτίου (Load following capability) σε πραγματικό χρόνο προκειμένου να εξασφαλίζεται κάθε χρονική στιγμή η ισορροπία μεταξύ παραγωγής και ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, και επομένως να διατηρείται σταθερή η συχνότητα λειτουργίας του συστήματος το οποίο αποτελεί μια πολύ σημαντική απαίτηση των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η αγορά ρύθμισης εκκαθαρίζεται συνήθως μία φορά την ημέρα και αναθέτει σε μονάδες παραγωγής συγκεκριμένες ζώνες παραγωγής μέσα στις οποίες θα πρέπει να λειτουργούν σε πραγματικό χρόνο, προκειμένου να είναι σε θέση να συνεισφέρουν στην παρακολούθηση των απότομων (εντός της περιόδου κατανομής) μεταβολών του

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 11 «καθαρού» φορτίου, όπου ως καθαρό φορτίο ορίζεται η διαφορά μεταξύ των τιμών του φορτίου και της παραγωγής των μη-κατανεμόμενων μονάδων παραγωγής. 1.3.6. Οι Συμμετέχοντες της Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας Η μετάβαση στο νέο καθεστώς της ανταγωνιστικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας οδήγησε και στη δημιουργία νέων συμμετεχόντων, σημαντικών για τη διασφάλιση της σωστής λειτουργίας της αγοράς. Έτσι, οι βασικοί συμμετέχοντες που συναντώνται σε κάθε σύγχρονη απελευθερωμένη αγορά ηλεκτρικής ενέργειας είναι οι εξής [3], [10]: Καταναλωτές (Consumers): Αποτελούν τους τελικούς χρήστες ηλεκτρικής ενέργειας, και μπορούν να προμηθεύονται την ενέργεια τους είτε απευθείας από την προθεσμιακή αγορά και από την προ-ημερήσια αγορά (κυρίως οι μεγάλοι καταναλωτές), είτε μέσω των προμηθευτών ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, ένας καταναλωτής μπορεί να συμμετέχει στην αγορά επικουρικών υπηρεσιών, εάν είναι διατεθειμένος να μεταβάλει την κατανάλωση του εντός κάποιων προκαθορισμένων ορίων σύμφωνα με τις εντολές του Διαχειριστή του συστήματος. Προμηθευτές (Retailers): Αποτελούν τους μεσάζοντες που τροφοδοτούν με ηλεκτρική ενέργεια τους τελικούς καταναλωτές που δεν συμμετέχουν άμεσα στις αγορές ηλεκτρικής ενέργειας. Οι προμηθευτές δεν κατέχουν μονάδες παραγωγής, αλλά αγοράζουν την ηλεκτρική ενέργεια που πρέπει να παρέχουν στους πελάτες τους μέσω της συμμετοχής τους στις διάφορες αγορές ενέργειας. Παραγωγοί (Producers): Αποτελούν τους κατόχους των μονάδων παραγωγής ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Οι παραγωγοί πωλούν την ενέργεια που παράγουν, είτε συμμετέχοντας στις διάφορες αγορές ενέργειας, είτε απευθείας στους μεγάλους καταναλωτές και στους προμηθευτές, συνάπτοντας διμερή συμβόλαια. Επιπλέον, ένας παραγωγός μπορεί να συμμετέχει και στις αγορές επικουρικών υπηρεσιών και ρύθμισης, παρέχοντας, αντίστοιχα, εφεδρική ισχύ και δυνατότητα παρακολούθησης φορτίου (Load Following Capacity). Τέλος, αν κριθεί σκόπιμο, ένας παραγωγός μπορεί να συμμετέχει και στην αγορά εξισορρόπησης προκειμένου να καλύψει το έλλειμμα/περίσσεια ενέργειας που έχει προκύψει από τη συμμετοχή του σε προγενέστερες αγορές. Μη-κατανεμόμενοι παραγωγοί (Non-dispatchable producers): Αποτελούν τους κατόχους μηκατανεμόμενων μονάδων παραγωγής, όπως είναι οι ανεμογεννήτριες και τα φωτοβολταϊκά. Στις προηγμένες αγορές, οι μη- κατανεμόμενοι παραγωγοί συχνά υποχρεώνονται να συμμετέχουν στις αγορές εξισορρόπησης προκειμένου να καλύψουν τις τυχόν αποκλίσεις τους από το προκαθορισμένο πρόγραμμα παραγωγής, το οποίο έχει καθοριστεί κατά την εκκαθάριση της προ-ημερήσιας αγοράς και των ενδο-ημερήσιων αγορών ηλεκτρικής ενέργειας.

12 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Ο Διαχειριστής της Αγοράς (Market Operator): Αποτελεί, γενικά, έναν ανεξάρτητο μη κερδοσκοπικό οργανισμό που είναι υπεύθυνος για την οικονομική διαχείριση της αγοράς στο σύνολο της. Ο Διαχειριστής της αγοράς διαχειρίζεται τους κανόνες λειτουργίας της και καθορίζει τις τιμές και τα προγράμματα παραγωγής των μονάδων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο Διαχειριστής μπορεί να αποτελεί και έναν κερδοσκοπικό οργανισμό. Ο Διαχειριστής του Συστήματος (System Operator): Αποτελεί έναν μη κερδοσκοπικό οργανισμό που είναι υπεύθυνος για την τεχνική διαχείριση του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Ο Διαχειριστής του συστήματος οφείλει να παρέχει ισότιμη πρόσβαση στο δίκτυο μεταφοράς σε όλους τους συμμετέχοντες και να διευκολύνει τις συναλλαγές μεταξύ παραγωγών και καταναλωτών/προμηθευτών ενέργειας. Τέλος, ο Διαχειριστής του συστήματος διαχειρίζεται τη λειτουργία των αγορών επικουρικών υπηρεσιών και ρύθμισης, και αναλαμβάνει εξολοκλήρου ή συμμετέχει μαζί με τον Διαχειριστή της αγοράς στην εκκαθάριση της αγοράς εξισορρόπησης. Σε πολλές χώρες, ο Διαχειριστής του συστήματος είναι το ίδιο νομικό πρόσωπο με τον Διαχειριστή της αγοράς (Μοντέλο ISO). Ο Ρυθμιστής της Αγοράς (Market Regulator): Αποτελεί μια κρατική-ανεξάρτητη αρχή, η οποία επιβλέπει τη λειτουργία της αγοράς και διασφαλίζει την ανταγωνιστικότητα της. Επιπλέον, ο Ρυθμιστής της αγοράς έχει την ευθύνη να εκδίδει τους κανονισμούς που διέπουν τη λειτουργία της αγοράς και να επιβάλλει κυρώσεις όταν διαπιστώνει φαινόμενα εξάσκησης ισχύος από τους Συμμετέχοντες. 1.4. Το Πρόβλημα του Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας σε μια Ανταγωνιστική Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας Σε μία παραδοσιακά μονοπωλιακή αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, η κάθετα ολοκληρωμένη εταιρεία, η οποία ήλεγχε όλες τις διαδικασίες της αγοράς, στόχευε αποκλειστικά στην ελαχιστοποίηση του αναμενόμενου κόστους, διατηρώντας παράλληλα σε ασφαλή επίπεδα την παροχή της ενέργειας [11]. Ωστόσο, με τη μετάβαση στις νέες ανταγωνιστικές αγορές, οι στόχοι του κάθε συμμετέχοντα πλέον διαφέρουν. Οι Διαχειριστές της αγοράς και του συστήματος αποσκοπούν στη μεγιστοποίηση της κοινωνικής ευημερίας διασφαλίζοντας παράλληλα την σωστή και ασφαλή λειτουργία του συστήματος, ενώ αντίθετα οι υπόλοιποι συμμετέχοντες της αγοράς (καταναλωτές, προμηθευτές, κατανεμόμενοι και μη κατανεμόμενοι παραγωγοί) στοχεύουν στη μεγιστοποίηση του δικού τους οφέλους. Μέσα σε αυτό το νέο πλαίσιο, ένας παραγωγός προκειμένου να καταστρώσει τη βέλτιστη στρατηγική προσφορών του, οφείλει να διαμορφώσει ένα κατάλληλο μοντέλο βελτιστοποίησης το οποίο θα λαμβάνει υπόψη όλους τους λειτουργικούς περιορισμούς των μονάδων του, καθώς επίσης, και τη συμπεριφορά των ανταγωνιστών του, αφού το τελικό πρόγραμμα λειτουργίας των μονάδων του, και επομένως το τελικό κέρδος του, εξαρτάται

Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή 13 άμεσα και από τις προσφορές αυτών. Τέλος, σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση της στρατηγικής του παίζουν τόσο οι τεχνικοί περιορισμοί του συστήματος, όσο και οι κανόνες λειτουργίας της αγοράς. Ως εκ τούτου, οι παραγωγοί εκτίθενται σε υψηλούς κινδύνους λόγω της αβεβαιότητας που διέπει τις συνθήκες της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, γεγονός που έχει αυξήσει την ανάγκη για κατάλληλα μοντέλα στρατηγικής προσφορών. Επιπλέον, οι ρυθμιστικές αρχές ενέργειας από την πλευρά τους έχουν ανάγκη από κατάλληλα μοντέλα, που μελετούν την λειτουργία της αγοράς υπό το νέο απελευθερωμένο καθεστώς, προκειμένου να τους βοηθήσουν να εποπτεύουν τις συμπεριφορές των συμμετεχόντων και να προβαίνουν στην θέσπιση κατάλληλων ρυθμιστικών κανόνων για την υγιή και ανταγωνιστική λειτουργία της αγοράς. Τα παραδοσιακά μοντέλα που εστίαζαν στην λειτουργία των ηλεκτρικών συστημάτων δεν μπορούσαν πλέον να προσφέρουν ασφαλή συμπεράσματα υπό τις νέες συνθήκες των αγορών, καθώς δεν μοντελοποιούσαν την καινούρια συμπεριφορά των συμμετεχόντων που στοχεύει στην κατάστρωση μιας κατάλληλης στρατηγικής με σκοπό τη μεγιστοποίηση του οφέλους τους. Ως εκ τούτου, μια νέα εποχή έντονου ερευνητικού ενδιαφέροντος για τη λειτουργία των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας ξεκίνησε γύρω στο 1990. Έκτοτε, πολυάριθμες δημοσιεύσεις φανερώνουν τις εκτεταμένες προσπάθειες της επιστημονικής κοινότητας να αναπτύξει μοντέλα που μελετούν τη λειτουργία της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας υπό το νέο ανταγωνιστικό πλαίσιο [12]. Στην ενότητα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι βασικές κατηγορίες των μοντέλων στρατηγικής προσφορών ενός παραγωγού ηλεκτρικής ενέργειας που συναντώνται στην βιβλιογραφία. 1.4.1. Βιβλιογραφική Ανασκόπηση των Μοντέλων Στρατηγικής Προσφορών ενός Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας Ανάλογα με τον τρόπο μοντελοποίησης του προβλήματος ενός παραγωγού ηλεκτρικής ενέργειας, τα διάφορα μοντέλα στρατηγικής προσφορών που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο βασικές κατηγορίες, σύμφωνα με το Σχήμα 1-2: α) μοντέλα ισορροπίας της αγοράς (market equilibrium models) που αντιπροσωπεύουν τη συνολική συμπεριφορά της αγοράς, λαμβάνοντας υπόψη τον ανταγωνισμό μεταξύ όλων των συμμετεχόντων, και β) μοντέλα βελτιστοποίησης της συμπεριφοράς ενός παίκτη (one firm s optimization models) που επικεντρώνονται στο πρόβλημα μεγιστοποίησης του κέρδους ενός μόνο παίκτη, αγνοώντας την αλληλεπίδραση με τους υπόλοιπους ανταγωνιστές. Συνεπώς, στα μοντέλα της δεύτερης κατηγορίας, η αναπαράσταση της διαδικασίας εκκαθάρισης των τιμών επιτυγχάνεται, είτε με την εισαγωγή των τιμών στο μοντέλο ως εξωγενών δεδομένων, είτε με τη μοντελοποίηση της δυνατότητας μεταβολής των τιμών συναρτήσει της ποσότητας που διατίθεται από τον παίκτη.

14 Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Το μοντέλο βελτιστοποίησης της συμπεριφοράς ενός παίκτη διαμορφώνεται μαθηματικά ως ένα ενιαίο πρόβλημα βελτιστοποίησης, το οποίο στοχεύει στη μεγιστοποίηση του κέρδους του παίκτη και αποτελείται από μια αντικειμενική συνάρτηση και ένα σύνολο τεχνικών και οικονομικών περιορισμών. Αντίθετα, το μοντέλο ισορροπίας της αγοράς διαμορφώνεται ως ένα σύνολο πολλών προβλημάτων βελτιστοποίησης καθώς στοχεύει στην ταυτόχρονη ικανοποίηση των στόχων πολλών συμμετεχόντων της αγοράς και ως συνέπεια αποτελείται από πολλές αντικειμενικές συναρτήσεις και από ένα σύνολο τεχνικών και οικονομικών περιορισμών για τον κάθε συμμετέχοντα. Και τα δύο μοντέλα παρουσιάζονται στο Σχήμα 1-3, όπου το Π i αντιπροσωπεύει το κέρδος του κάθε παίκτη i, x i είναι οι μεταβλητές απόφασης για κάθε παίκτη i, και h i,g i αντιπροσωπεύουν τους περιορισμούς του παίκτη i, ενώ το C αντιπροσωπεύει το κόστος του συστήματος και y είναι οι μεταβλητές απόφασης του Διαχειριστή της αγοράς [12]. Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 1-2, κάθε μία από τις δύο βασικές κατηγορίες μοντελοποίησης του προβλήματος ενός παραγωγού ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο επιμέρους υποκατηγορίες: α) τα μοντέλα ισορροπίας της αγοράς διαχωρίζονται στα i) μοντέλα βασισμένα στη Θεωρία Παιγνίων (game theory models) και ii) στα μοντέλα προσομοίωσης (simulation models) ενώ β) τα μοντέλα βελτιστοποίησης της συμπεριφοράς ενός παίκτη διαχωρίζονται i) στα μοντέλα όπου ο παραγωγός ενεργεί ως δέκτης τιμής (price-taker optimization models) και ii) στα μοντέλα όπου ο παραγωγός ενεργεί ως διαμορφωτής τιμής (price-maker optimization models). Σχήμα 1-2. Βασικές Κατηγορίες των Μοντέλων Στρατηγικής Προσφορών ενός Παραγωγού Ηλεκτρικής Ενέργειας.